async/awaitダークサイド is 何

async/await ダークサイド is 何
まどべんよっかいち2014/10/18Center CLR Kouji Matsui (@kekyo2)

Profile
けきょTwitter:@kekyo2Blog: www.kekyo.net
Center CLR2014/10/01～
自転車復活！

Agenda
非同期処理のダークサイド
ハードウェイトis 何
同期コンテキストis 何
MVVMとコマンドインターフェイス
うにゃー

ようこそ非同期処理
ウェルカム＆ウェルカムバック非同期！！
前回の非同期処理の話はもう完璧？
いまさら恥ずかしくてasyncをawaitした（まどべんよっかいち）
これからの「async-await」の話をしよう（名古屋GeekBar）
アタリマエよ？
コレからは全て非同期処理よ？
非同期Love既定ね？

ダークサイド非同期処理
じゃあ、非同期処理のダークサイドについて、いろいろぶちまけておこうか。
ア、アナタなに言ってるの
意味フメイだワ

ハードウェイトis 何
スレッドブロッキングで死亡

ピットフォールに落ちろ
ここで処理が完了するのを待ちたいんだ。
おぉ、Task.Waitなんてあるんだ。awaitなんて、良く分かんないもの使わなくても待てるじゃん。イベントハンドラから呼ぶときはWaitすればいっか！
非同期処理メソッド（Taskを返す）
イベントハンドラはTaskを返さない（返せない）ので、単にWaitで待つ
「非同期処理対応なんて
大したことないな（実話）」

刺さる（死）
ボタンが押された
Waitはハードウェイトなので、スレッド1はここで処理を停止する（＝UI無応答）
スレッド1
スレッド1
awaitがあるので、ここで非同期処理を開始して、スレッド1は退出
メソッドを抜けると、Taskに対してすぐにWaitを呼び出す
スレッド1
非同期処理（HttpClient）

刺さる（死）
非同期処理が完了すると、
UIキューに完了を通知する
スレッド1
しかしスレッド1はここで
ハードウェイトしているので、
UIキューを確認することが出来ない
永久に動けない
UI キュー

UIキューって何？
Win32でいう所の「メッセージキュー」です。Windowsメッセージは、すべてこのUIキューに放り込まれ、スレッド1（メインスレッド）が一つ一つ拾い上げて処理を行います。
WPF・ストアアプリで言う所のDispatcher、WinFormsではInvoke/BeginInvokeの操作。
UIキュー
ボタンクリック
スレッド1
イベントハンドラ1
基本的にスレッド1だけが、すべての処理を順次行います。
そのため、ボタンやマウスの操作が、順序を保って処理されることが保証されます（同時に実行されない）。
順番に取り出します

UIキューと非同期処理の関係
非同期処理の完了は、UIキューに通知されます。スレッド1が別の処理をしていたとしても、じきにUIキューから通知を拾い上げ、await直後の処理を継続します。
UIキュー
(awaitの手前の処理)
スレッド1
awaitの続きやってね
ボタン
押された
(awaitの直後の処理)
①この処理が
完了すれば
②これを
拾い上げて
③awaitを
継続できる

ハードウェイトしてしまうと…
UIキュー
(awaitの手前の処理)
スレッド1
awaitの続きやってね
ボタン
押された
(awaitの直後の処理)
この処理は
永遠に完了しない
拾い上げれない
実行できない

非同期処理上での待機の教訓
非同期処理メソッド内でハードウェイトしてはいけません（殆ど絶対）
シングルスレッドUIシステムが絡まない（＝UIキューが無い）場合は、ハードウェイト出来る事もあります（例：コンソールアプリケーション）

ではどうやって対処する？
①結局awaitするしかない
②awaitするにはasync化するしかない
「awaitなんて良く分かんないもの云々」と言っていても、awaitから逃れる事は出来ない。
従来技術での代替テクニックは存在しない。

ハードウェイトの種類
モニターロック（Monitorクラス、lock句）
lock句については、非同期処理メソッド内（async適用メソッド内）では使えません（コンパイルエラー）。
try-finallyとMonitorクラスを使って同じことが出来ますが、やってはいけません。
カーネルオブジェクトによるハードウェイト
WaitHandleクラスを継承したクラスで、WaitHandle.WaitOne・WaitAny・WaitAllを呼び出す全ての操作。
ManualResetEvent, AutoResetEvent, Mutex, Semaphoreなど
間接的に呼び出しているものについても注意！Thread.Join・そしてTask.Wait・Task.WaitAllなど
これらは全て、前回紹介したNito.AsyncExライブラリに代替同期クラスがあります。
困った時のNuGetで！！
https://nitoasyncex.codeplex.com/

同期コンテキストis 何
COMのアパートメントに似た何か

UIキューで同期しなければおk？
await後の処理を継続するのに、非同期完了の通知をUIキューに「どうしても」入れなければならないのか？
UIキューに入れなきゃいいんだよね？
ぶっちゃけ、UIキュー使わない方法は無いの？
UI無い環境ではどうなるの？

Task.ConfigureAwaitis 何
TaskクラスにConfigureAwaitメソッドがあり、この引数をfalseと指定すると、UIキューを使わなくなる。
スレッド1
スレッド1はすぐ退出

Task.ConfigureAwait(false)
await後続の処理を、ワーカースレッドが直接実行する
ワーカースレッドに通知
（UIキューを使わない）
スレッド2
UI キュー
スレッド1
別の作業が出来る

ファーッ?!
意味不明だけど、要するに
メインスレッドじゃないと
ダメって事

Dispatcherでマーシャリングすれば？
ConfigureAwait(false)により、await以降の処理がワーカースレッド（メインスレッドではない何か）で実行される。
UIキューを使わないので、応答速度は速い。
しかし、後続の処理（メソッドの終端まで）では、UIに関する処理を一切行えない。
Dispatcher使えばおk？
まぁ、Dispatcher使えばいいんだけど、何のためにUIキューを無効化したのか？
UI キュー
スレッド1

モヤモヤする
ロジック処理とUI制御処理を、二分出来ないか考える。
基本的なストラテジーとして、あらかじめ単なるロジック処理をまとめて終わらせておく。その結果を元に、UIを更新することを考える。
ロジック処理
（ビジネスロジックなど）
データ
データ
データ
UI制御処理
（データバインディングなど）
データを渡す
ConfigureAwait(false)で
ワーカースレッドが実行してもOK
普通にawaitする事で、 UIキューを使わせる

ならば、非同期メソッドを独立させよう
ConfigureAwait(false)しないので、後続の処理はメインスレッドで実行される
UI制御処理
ビジネス
ロジック
UIに関係のある操作を行わない
（ワーカースレッドで実行してもOK）

ややこしい遷移の全貌
スレッド1
スレッド1は
一旦退出
スレッド2
UI キュー
スレッド1
UIキューに通知

同期コンテキストis 何
ConfigureAwait(true) とすると、同期コンテキストをキャプチャする。
ConfigureAwait(false)とすると、同期コンテキストをキャプチャしない。
日本語か、それはｗ
UI キュー
WPFやWinFormsを使う場合、
「同期コンテキスト」とは「UIキュー」の事だ
キャプチャする、とは、UIキューを使って完了の通知を行う、と読み替えればOK。
したがって、ConfigureAwait(false)すると、UIキューを使わずに、非同期操作の完了を処理する。

MVVMとコマンドインターフェイス
テストが問題

MVVM is 何
Model–View–ViewModelの略
Model –View –Controller (MVC)を、XAMLのデータバインディングを前提に構築しなおしたデザインパターンの一種。
UI設計と実装（ビジネスロジックやUI制御）を分離できる。
ViewModelやModelにロジックを集中させることで、ユニットテストの自動化が容易になる。
XAML (View)
<TextBoxText=“{Binding Result}” />
ViewModelクラス
public string Result{ get; set; }
同じプロパティ名で自動転送
ユニット
テスト
※本セッションでは、Modelの定義を省略

イベントもバインディングしたい
ICommandインターフェイスをButton.Commandにバインディングする事で、イベントハンドラをバインディング出来るようになる。
データの入出力だけではなく、イベントハンドリングもデータバインディング出来るので、Viewと ViewModel間の通信を統一的に設計できる。
コードビハインドを駆逐できる。
XAML (View)
<Button Command=“{Binding FireStart}” />
ViewModelクラス
public ICommandFireStart{ get; set; }
同じプロパティ名で自動転送
OnFireStart()
Startボタン

イベントハンドラ内で非同期処理を
OnFireStartイベントハンドラ内で非同期メソッドを呼び出すには、async/awaitを指定しなければならない。
イベントハンドラのシグネチャは決まっている（Action<object>）なので、「asyncvoid」としか書けない。
asyncvoid (Taskは返せない)
ICommandの実装例
ボタンクリックで Executeが呼び出される

さぁ、ViewModelをテストしよう…
残念ながら、ユニットテストコードはまともに機能しない
ICommand.Executeを呼び出して、ボタンクリックをシミュレート
ここでいきなり失敗。
コレクションにイメージが追加されていない？

何せ、非同期処理なのでね…
Executeメソッドの呼び出しで処理が開始されたものの、あくまで「非同期処理」なので、バックグラウンドでイメージをダウンロードしている。
しかし、テストコードはすぐに次に進んでしまうので、アサーションに失敗してしまう。
ここに到達しても、まだダウンロード中なので、イメージは追加されていない
非同期処理（OnFireStart）

わかった！テストでもawaitすればいい！！
voidExecute(object parameter)
orz

そこでだ。
IAsyncCommandなるインターフェイスを作ってしまう。
ExecuteAsyncメソッドを追加して、これを非同期メソッドとする。
Executeが呼び出された場合は、Taskを無視する（握りつぶす）事で、「asyncvoid」の時と同様、処理は非同期実行される。
この処理は重要で、WPFやストアアプリからは相変わらずExecuteメソッドが呼び出される事に注意。
Executeが呼び出された場合は、 Taskを無視して非同期処理させる。
IAsyncCommandの実装例。
ExecuteAsyncはTaskを返却する
迂闊にtask.Wait()とか書いたら…
分かってるワネ？

ViewModelとテストも修正して
MSTestは非同期メソッドを認識出来るので、Taskを返してやる
晴れて普通の非同期メソッドとして実装可能に

まとめ
とにかく使う事。
ライブラリやフレームワークを整備するなら、WinRTを習ってどんどん非同期メソッド化してみる。そして、それを実際に使ってみる。
従来の.NET Frameworkのクラスライブラリで、Taskを返すバージョンのメソッドがあるなら、そのメソッドだけを使って実装してみる。
Taskを返さないメソッドがあるなら、Task.Run()で非同期メソッドシミュレートして使ってみる。
使い始めると新たな課題が出てくる。良く考察して、早く身に着けてしまおう。使わないうちは、身につかない、絶対。

ありがとうございました
本日のコードはGitHubに上げてあります。 https://github.com/kekyo/AsyncAwaitDemonstration
このスライドもブログに掲載予定です。 http://www.kekyo.net/
おいしいにゃー？
11/1 Unveiled!
名古屋北生涯学習センター第三集会室

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